Komputerowy system pomiarowy AudioPrecision

KATEDRA SYSTEMÓW MULTIMEDIALNYCH

LABORATORIUM

POMIARÓW W TECHNICE STUDYJNEJ

Ćwiczenie nr 5:

KOMPUTEROWY SYSTEM POMIAROWY AUDIO PRECISION

Opracowanie: dr inż. Grzegorz Szwoch aktualizacja: 10.12.2018

1.WPROWADZENIE

Komputerowy system pomiarowy APx585 firmy Audio Precision jest nowoczesnym przyrządem do pomiarów elektroakustycznych. W stosunku do poznanego wcześniej Systemu TWO stanowi on całkowicie nową generację przyrządów pomiarowych. Zawiera on generatory i analizatory działające w dwóch domenach: analogowej i cyfrowej. Możliwe jest wykonywanie pomiarów w ośmiu kanałach jednocześnie.

Panel czołowy przyrządu pozwala na podłączenie go do wejść i wyjść mierzonego urządzenia. Analogowe moduły generatora i analizatora posiadają wejścia niesymetryczne (BNC) i symetryczne (złącze, do którego można podpiąć przejściówki na XLR). Cyfrowe moduły posiadają wejścia i wyjścia XLR, optyczne, HDMI (tylko dźwięk), wspierają one również łączność przez Bluetooth.

Sterowanie przyrządem odbywa się z poziomu programu APx500. Nie trzeba budować układów pomiarowych, po prostu wczytuje się gotowy test dla danego pomiaru, ustawia się w razie potrzeby jego parametry, po czym uruchamia się test. Wybrane testy pomiarowe pojawiają się w „drzewku” po lewej stronie okna programu, pogrupowane wg konfiguracji (Signal Path). Możliwe jest uruchomienie wielu pomiarów w trybie wsadowym (łatwe powtarzanie tej samej sekwencji pomiarów). Wyniki pomiarów i parametry testów pojawiają się w głównym oknie programu. Możliwe jest ustawianie właściwości wykresu, powiększanie, odczyt za pomocą kursorów, eksport danych w formie graficznej i tabelarycznej, itp. Wyniki wybranych testów mogą być zebrane w formie automatycznie tworzonego raportu. W lewym dolnym rogu ekranu wyświetlany jest monitor danych, przedstawiający postać czasową lub widmową mierzonego sygnału oraz dodatkowe dane o sygnale cyfrowym.

Analizator pozwala również wykonywać pomiary w trybie zewnętrznego źródła (external

source). Źródłem sygnału jest wtedy np. płyta CD lub plik komputerowy. Generator nie jest

wtedy wykorzystywany, a analizator dokonuje pomiaru poprzez analizę odbieranego sygnału. Nie wszystkie testy mogą być wykonane w trybie zewnętrznego źródła.

2.ZADANIA I OPRACOWANIE

Zadanie 1. Zapoznanie z systemem pomiarowym

 Podłączyć kartę dźwiękową USB do komputera.

 Uruchomić przyrząd pomiarowy i program APx500.

 Signal Path Setup – ustawić wejście i wyjście na Analog Unbalanced, 2 kanały, bandwidth 22 kHz.

2

 Ustawić wzmocnienie karty dźwiękowej na maksimum.

 Ustawić w generatorze sinus 1 kHz, 0 dBV. W razie potrzeby zmodyfikować poziom sygnału tak aby nie wystąpiło przesterowanie.

 Zaobserwować wykres w oknie Data Monitor w trybie czasowym i widmowym.

 Zaznaczyć na liście w oknie projektu (po lewej stronie) wszystkie pomiary w sekcji Signal Path 1. Uruchomić pomiar przyciskiem w górnej części tego okna. Zaobserwować przebieg pomiaru. Zapoznać się z treścią wygenerowanego raportu.

Zadanie 2. Pomiar zniekształceń harmonicznych karty dźwiękowej

 Wybrać w „drzewku” opcję Signal path setup, wcisnąć przycisk Input/Output, zmienić na

References.

 Wcisnąć przycisk Auto Gen Level. Ustawić w oknie opcje tak, aby docelową wartością było THD+N na poziomie 1%, poziomy Start/Stop ±12 dBV. Kliknąć Set Generator Level. Zanotować zmierzoną wartość poziomu na generatorze w jednostkach dBV. Pozwala to używać w dalszych pomiarach wartości 0 dBrG jako poziomu wejściowego.

 Wykonać pomiary w grupie THD+N, podając na wejście sygnał o zmierzonym wcześniej poziomie (0 dBrG). Zanotować wyniki (wartości współczynników dla 1 kHz). Zinterpretować wykres Distortion Product Ratio, zmieniając jednostkę osi Y na procenty.

 Dodać (Add Measurement) pomiar Stepped Frequency Sweep. Dla zmierzonego wcześniej

poziomu sygnału wejściowego, pomierzyć współczynnik THD i THD+N w funkcji częstotliwości. Zanalizować i porównać uzyskane wykresy.

 Postąpić analogicznie jak poprzednio, wykonując test tym razem w trybie Stepped Level Sweep. Dodatkowo, wyeksportować dane do pliku XLS lub CSV, korzystając z przycisku nad wykresem.

 Dodać pomiar IMD. Pomierzyć wartości współczynników IMD w standardach: SMPTE i DFD. Zanotować zmierzone wartości oraz częstotliwości i stosunek amplitud tonów testowych.

 Dodać pomiar IMD Level Sweep. Pomierzyć charakterystykę IMD SMPTE i DFD w funkcji poziomu wejściowego. Wyeksportować dane wykresów.

 W sprawozdaniu zestawić wyniki pomiarów wszystkich zbadanych współczynników

opisujących zniekształcenia harmoniczne. Zestawić na jednym wykresie (korzystając z wyeksportowanych danych) charakterystykę współczynników: THD, THD+N, IMD SMPTE i IMD DFD, w funkcji poziomu wejściowego, dla jednego z kanałów. Skomentować różnice między różnymi współczynnikami zniekształceń.

Zadanie 3. Pomiar charakterystyk odtwarzacza CD na wyjściu cyfrowym

 Zamknąć program APx500. Odłączyć kartę USB od komputera. Uruchomić ponownie

program. W oknie Signal Path Setup ustawić wyjście na zewnętrzne (None – External), wejście cyfrowe optyczne (Digital Optical), Bit Depth 16.

 Upewnić się że do komputera podłączone są głośniki odsłuchowe. Włączyć odsłuch sygnału pomiarowego (przycisk Audible monitor na pasku, Monitor: On, Gain: 1x).

3 odtwarzacza, uruchomić ścieżkę 1 (Channel_ID_2). Zweryfikować poprawność połączeń.  Wykonać pomiar charakterystyki częstotliwościowej: dodać pomiar Stepped Frequency

Sweep. Wybrać pomiar Relative Level (1 kHz). Ustawić sygnał w analizatorze na 20 Hz – 20 kHz, 1/3 oktawy (31 punktów). Wybrać pasujący sygnał pomiarowy z płyty, powinien on mieć poziom –1 dB. Uruchomić pomiar, po czym włączyć ścieżkę z płyty z sygnałem pomiarowym. Zaobserwować i zanotować jak przebiega proces pomiaru. Zanalizować wyniki pomiaru: charakterystyki częstotliwościowej (Relative Level) i THD+N. Jeżeli wyniki nie są zgodne z oczekiwaniami, powtórzyć pomiar, ew. wybierając inny sygnał testowy, np. w trybie slow.

 Dodać pomiar szumu (Noise). Zaobserwować, że analizator nie mierzy żadnego poziomu.

Zmierzyć poziom przy włączonym sygnale z płyty: cisza cyfrowa z ditherem (silence dithered) i bez dithera (silence undithered). Skomentować uzyskane wyniki. W jaki sposób można ocenić dynamikę urządzenia korzystając z tej metody?

 W tym samym układzie pomiarowym, dodać test Digital Error Rate. Uruchomić z płyty ścieżkę zawierającą sygnał Bit test, potem uruchomić pomiar (nie na odwrót). Zanotować i zinterpretować wynik pomiaru. Sprawdzić i wytłumaczyć co się stanie jeżeli w oknie Signal Path Setup ustawiona zostanie rozdzielczość 24 bity zamiast 16.

Zadanie 4. Pomiar charakterystyk odtwarzacza CD na wyjściu analogowym

 Dodać do projektu nową ścieżkę pomiarową – Add Signal Path. Podłączyć przewody od wyjścia analogowego odtwarzacza do wejścia analizatora analogowego. Zweryfikować poprawność połączeń.

 Wykonać pomiar: charakterystyki częstotliwościowej, THD+N w funkcji częstotliwości, poziomu szumu (bez włączania sygnału z płyty oraz przy włączonej „ciszy z ditherem”) oraz dynamiki (w tym celu zmierzyć poziom wyjściowy przy odtwarzaniu sinusa o poziomie 0dBFS).

 Porównać uzyskane wyniki pomiaru z wynikami uzyskanymi dla wyjścia cyfrowego.

 Zinterpretować różnice.

Zadanie 5. Pomiar parametrów na wyjściu analogowym odtwarzacza CD za pomocą wielotonu

 W analogowej ścieżce pomiarowej, dodać test za pomocą wielotonu (Multitone Analyzer).

Nacisnąć przycisk View i zaobserwować jakie są częstotliwości składowych wielotonu (porównać do częstotliwości środkowych pasm tercjowych).

 Włączyć z płyty CD ścieżkę zawierającą sygnał Multitone_32, po czym uruchomić analizator. Zaobserwować jak przebiega pomiar.

 Przeanalizować typy obliczanych przez program charakterystyk i uzyskane wyniki. Porównać wyniki uzyskane z użyciem wielotonu z wynikami pomiaru za pomocą przestrajanego sinusa. Skomentować różnice i ocenić dokładność pomiaru za pomocą wielotonu.